Seit einigen Jahren werden Nanopartikel von Silikaten und auch von Siliziumdioxid (Si0 ₂ ) zur Verbesserung der Eigenschaften oder der Erzielung neuer Merkmale in unterschiedliche Materialien eingebracht. Diese Nanopartikel werden über verschiedene

Verfahren aus Silikaten hergestellt, die als Ausgangsmaterial rein mineralisch vorkommendes Silizium in seinen

unterschiedlichen chemischen Verbindungen nutzen.

Die Forderung nach Ressourceneffizienz und Nutzung von

nachwachsenden Rohstoffen erfordert permanente Bemühungen zur Gewinnung von einzelnen pflanzlichen Bestandteilen für eine industrielle Nutzung.

Dieser Forderung wird die Gewinnung von Silikaten, insbesondere Siliziumdioxid (Si0 ₂ ) , aus pflanzlichen Materialien gerecht. Die aus pflanzlichen Materialien separierten Silikate, insbesondere auch das Si0 ₂ , sind hochdisperse, amorphe Nanopartikel, die sich nicht zu Agglomeraten verbinden und daher ohne weitere

Hilfsstoffe, z.B. Sol-Gele, einmischen lassen. Sie können mit einem Reinheitsgrad >= 99,98 % separiert werden und haben eine Dichte von unter 0,1 g/cm ³ . Aus diesen Eigenschaften ergibt sich ihre Bedeutung für einen industriellen Einsatz.

Die pflanzlichen Materialien, aus denen hochreine, hochdisperse, amorphe Si0 ₂ - Nanopar tikel separiert werden sollen, werden im ersten Schritt einer nasschemischen Behandlung, bei der sich An- und Kationen der Behandlungsflüssigkeit mit den in den

pflanzlichen Materialien vorhandenen Alkali- und

Erdalkalimetallen verbinden, unterzogen. Anschließend erfolgt eine thermische Behandlung (Verbrennung) , um die noch

vorhandenen organischen Stoffe zu beseitigen. Für die

nasschemische Behandlung wird eine ca. 10%ige Salzsäure (HCl) eingesetzt. Die Reaktion muss in säurebeständigen Reaktoren ablaufen, die Gefahren bei einem Reaktorunfall sind nicht unerheblich für die Umgebung. Die Verbrennung erfolgt bei ca. 750 Grad Celsius .

Zur Reduzierung der Temperatur bei der Verbrennung auf unter 500 Grad Celsius und der Konzentration der eingesetzten Salzsäure unter 5%, bei der Separierung der Silikate, insbesondere des Siliziumdioxid, werden für den Er Staufschluss des pflanzlichen Materials verschiedene Arten von Pilzen und die von ihnen produzierten Enzyme genutzt. Damit wird ein selbstständig ablaufendes, umweltschonendes Verfahren zum Aufschluss von pflanzlichen Materialien entwickelt, bei dem es im

Er Staufschluss lediglich notwendig ist, den Wassergehalt des Materials und die Umgebungstemperatur zu überwachen Der Einsatz von Pilzmyzel erfolgte bisher hauptsächlich zur Gewinnung von Speisepilzen, den Fruchtkörpern der

unterschiedlichen Pilzarten. Bekannt ist auch die Fasergewinnung aus ligninhaltigen pflanzlichen Materialien, wie Holz und

Getreidestroh. Dabei verarbeiten die Pilze das Lignin und die Hemizellulose, danach wird der Prozess technisch abgebrochen. Ein vollständiger Prozessablauf bis zum natürlichen Ende durch mangelnde Nahrung für den Pilz wurde bisher nie industriell genutzt .

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin ein vereinfachtes energiesparsames und chemikalienreduziertes Verfahren zur

Separierung von Silikaten, insbesondere Siliziumdioxid (Si02) aus pflanzlichen Materialien zu schaffen, wobei das Verfahren weitestgehend selbstständig abläuft.

Pilze (Fungi) sind eukaryotische Lebewesen, deren Zellen

Mitochondr ien und ein Zellskelett enthalten. In der klassischen biologischen Klassifikation bilden sie neben den vielzelligen Tieren (Metazoa) und den Pflanzen (Plantae) ein eigenständiges Reich, zu dem sowohl Einzeller, wie die Backhefe, als auch

Vielzeller, wie die Schimmelpilze, und die Ständerpilze gehören Pilze sind heterotroph (speziell chemoorganotroph) und ernähren sich von organischen Nährstoffen ihrer Umgebung, die sie meist durch Abgabe von Enzymen aufschließen und dadurch löslich und für sich verfügbar machen. Eine weitere Besonderheit von Pilzen ist, dass sie das Polysaccharid Glykogen für die Speicherung von Kohlenhydraten benutzen, während Pflanzen dafür Stärke

verwenden .

Silikate und auch mineralisches Siliziumdioxid (Si0 ₂ ) werden von vielen Pflanzen aufgenommen und in ihren Organismus eingebaut. Sie werden Bestandteil der Pflanzen.

Diese Silikate, so auch das Si0 ₂ , werden bisher durch

nasschemischen Aufschluss des pflanzlichen Materials mit

verschiedenen Chemikalien und anschließender Verbrennung aus den Pflanzen separiert. Durch die chemische Behandlung werden die im Gewebe der Pflanze eingebauten Mineralien herausgelöst. Auch die Zellulosen und Hemizellulosen, an die die Mineralien gebunden sind, werden durch diesen Vorgang bereits teilweise abgebaut. Der Abbau von Lignin, einer komplexen Verbindungen in verholzten Zellwänden von Pflanzen, erfolgt erst durch die anschließende thermische Behandlung. Der Reststoff der Verbrennung sind hochreine Silikate, meist Si0 ₂ in Form von Nanopar tikeln . Die Reinheit ist dabei das Ergebnis des nasschemischen Aufschlusses, bei dem alle anderen Mineralien aus dem Pflanzenmaterial gelöst wurden .

Zur Reduzierung des Einsatzes von Chemikalien bei dem

nasschemischen Aufschluss und zur Reduzierung der für die

Verbrennung notwendigen Energie wird ein Er Staufschluss der pflanzlichen Materialien mit verschiedenen Pilzen vorgeschaltet. Diese Pilze, die je nach aufzuschließender pflanzlicher Biomasse verschieden Arten angehören können, geben biogene Enzyme ab, mit denen sie sich die Inhaltsstoffe des pflanzlichen Materials aufschließen, um sie als eigene Nahrungsbasis zu nutzen.

Für das Verfahren wird die Eigenschaft von Pilzen genutzt, dass nur sie (und Bakterien) in der Lage sind, Lignin aufspalten und verwerten zu können. Auch im Abbau von Zellulose, Hemizellulose und Keratin sind sie die wichtigsten Vertreter .

Die pflanzliche Biomasse wird für das entwickelte Verfahren mit Wasser angefeuchtet. Der zu erzeugende Wassergehalt des

pflanzlichen Materials ist dabei abhängig von der zum Einsatz kommenden Pilzart, die wiederum von der aufzuschließenden

Pflanzenart bestimmt wird und beträgt im Allgemeinen 18 bis 25 Volumenprozent. Dabei ist zu berücksichtigen, dass ein zu hoher Wassergehalt vermieden werden muss, da ein zu hoher Wassergehalt die erforderliche Sauer stoffzufuhr hemmen oder verhindern würde, was zum Absterben des Pilzmyzels führen und damit den Prozess gefährden würde. Ein ausreichender Wassergehalt und eine

Umgebungstemperatur von ca. 20 bis 30 Grad Celsius sind für den Stoffwechsel des Pilzmyzels die Voraussetzung. Anschließend wird die feuchte pflanzliche Biomasse mit Pilzsporen, die im Substrat keimen und Myzel bilden, oder Pilzbrut, die bereits Pilzmyzel enthält, beimpft, gemischt oder es werden dünne

Pilzmyzelschichten in das pflanzliche Material eingelagert.

Damit wird der Kontakt des jeweiligen pflanzlichen Materials mit dem Pilzsporen, Pilzbrut und damit mit auch schon mit dem

Pilzmyzel hergestellt wird und damit das Wachstum des Pilzmyzels ermöglicht. Dieser Arbeitsschritt kann dahingehend variiert werden, dass das trockene pflanzliche Material mit dem Pilzmyzel gemischt und die Mischung erst anschließend befeuchtet wird. Ziel des ersten Arbeitsschrittes ist ein guter Kontakt zwischen den pflanzlichen Material und den Pilzsporen und/oder der

Pilzbrut .

Pilzbrut sind im Sinne des Patentes gekeimte Pilzsporen, die bereits angefangen haben, Myzel zu bilden oder kleine

Myzelstücke, die einem größeren Stück entnommen wurden. Die Größe der Brutstücke kann entsprechend der einzusetzenden

Pilzart und dem aufzuschließenden pflanzlichen Material

unterschiedlich sein.

Das pflanzliche Material kann sein: Getreidestroh, Reste aus der Getreideverarbeitung, Gräser, Schachtelhalmarten, Reste aus der der Herstellung von pflanzlichen Naturheilprodukten, der Bier - und Zuckerherstellung, Kieselalgen und jedes andere

silikathaltige Pflanzenmaterial. In der folgenden Zeit entwickelt sich das Myzel, das eigentliche Lebewesen „Pilz", löst durch die freigesetzten Enzyme die

Biomasse in aufnahmefähige Verbindungen auf und ernährt sich von diesen. Die hier zum Einsatz kommenden Pilze sind heterotroph und somit abhängig vom Vorhandensein pflanzlicher Biomasse.

Der biologische Vorgang endet mit dem nahezu vollständigen

Aufschluss des pflanzlichen Materials „selbstständig".

Während der Umsetzung des pflanzlichen Materials durch das

Pilzmyzel entsteht eine Eigenwärme. Es muss daher darauf geachtet werden, dass sich das Substrat nicht über 34 Grad

Celsius erwärmt, da sonst eine Schädigung des Myzels eintreten kann. Gegebenenfalls müssen technische Mittel zur Kühlung, wie eine Kaltluftzufuhr, eingesetzt werden. Die bei dem Aufschluss der Biomasse entstehenden Reststoffe: Myzelreste, Glykogenschleim, Zellulose- und Ligninreste,

Mineralien, werden wie bisher, nasschemisch aufgeschlossen und / oder verbrannt. Der Einsatz von Chemikalien kann für den

nasschemischen Aufschluss auf unter 5%ige HCl reduziert werden. Damit wird auch das Umweltrisiko reduziert. Sollte eine

Verbrennung des Restmaterials bei der Silikatsepar ierung zur Beseitigung von restlichen organischen Materialien notwendig sein, liegt die dafür nötige Temperatur bei ca. 450 Grad

Celsius .

Die mit diesem Vorgang separierten Mineralien, besonders die Silikate und das Si0 ₂ , liegen danach als hochdisperse, amorphe Nanopartikel in einem sehr hohen Reinheitsgrad und mit einer Dichte von unter 0,1 g/cm ³ vor.

Ein rechteckiges Gefäß mit einer Kantenlänge von 50 x 100 x 20 cm wird mit angefeuchteten Reisspelzen (ca. 25 % Wassergehalt) befüllt. Diese werden mit einer Menge von 1 1 Pilzbrut (Myzel) des Pilzes Stropharia rugoso - annulata beimpft. Dafür wird die Pilzbrut in Stücke von ca. 1 cm geteilt und diese unter das Substrat gemischt. Das Substrat wird angedrückt, evtl.

ganzflächig mit einer Platte beschwert.

Während der nun folgenden Durchwachszeit benötigt das Myzel für die Besiedlung der Spelzen Temperaturen von 20 bis 28 Grad

Celsius Raumtemperatur . Da sich das Substrat während der

Besiedlungsphase im Kern aufheizt, liegt die Temperatur im

Inneren ca. 4 bis 5 Grad Celsius über der Außentemperatur.

Deshalb muss darauf geachtet werden, dass die Kerntemperatur in der Durchwachszeit nicht über 34 Grad Celsius ansteigt, da das Pilzmyzel sonst geschädigt wird und absterben kann.

Sobald das Substrat vollständig mit weiß-grauem Pilzmyzel besiedelt ist, beginnt der eigentliche Abbau des Biomaterials. Dieser ist nach ca. 10 bis 15 Tagen beendet. Das verbleibende Substrat wird mit 5 %iger Salzsäure (HCl) nasschemisch

aufgeschlossen, mit Wasser gespült und getrocknet. Nach

anschließender thermischer Behandlung bleibt hochreines biogenes Si0 ₂ als Reststoff zurück.

Das Separieren von in Pflanzen enthaltenen Silikaten, besonders von Si0 ₂ , mittels eines Er Staufschluss von Pilzen, verringert die Mengen der eingesetzten Chemikalien und senkt den

Energieeinsatz. Das gesamte Verfahren wird dadurch

umweltschonender und kostengünstiger . In der Folge kann der Marktpreis für biogene Si0 ₂ - Nanopartikel gesenkt und so das Einsatzspektrum vergrößert werden. Als ein ökonomischer Nebeneffekt können bei der Auswahl

geeigneter Pilzarten auch Fruchtkörper, die als Speisepilze geeignet sind, erzeugt und vermarktet werden.